改良土填筑路基国内外研究现状

改良土填筑路基国内外研究现状

摘要:本文对路基填筑改良技术的国内外现状进行了综述,可为类似工程提供技术支持。

关键词:路基填筑技术现状综述技术支持

Abstract:Brief Summary of strengthening method is made in this paper, it will provide some useful reference for similar engineering.

Key Words:filling technique of subgrade;summary;technical reference

1 路基填料的基本要求

铁路对路基填料的基本要求是:(1)压缩沉降能够很快完成;(2)在列车动荷载和路基自重荷载作用下能够保持长期稳定;(3)其物理力学特性不易受其它因素(地震、水、温度等)影响路基稳定的变化。

针对膨胀土路基填料的处理,充分考虑以下几个方面的问题:(1)从根本上改变膨胀土的性质;(2)操作方便、经济、施工简单;(3)要求改性材料比较易购买用于改性处理;(4)在实践中便于大量的推广使用。

2 国内外现状

自上20世纪60年代以来,膨胀土研究在生产实践中受到广泛重视,已经从一个国家和地区的研究,逐渐演变成为世界性的共同课题。

经过几十年的技术积累,随着科学技术的发展,人们从膨胀土的定性膨胀土的微观结构、分类、膨胀土填料改良、周围环境的影响及膨胀土的本构模型、物理力学性质的影响、膨胀土地基处理等方面出发,做了大量富有成效的工作,为今后的研究工作奠定了坚实的基础。

自20世纪50年代以来,我国在修建成渝铁路工程中,首次遇到成都粘土膨胀问题,从那时开始拉开了我国研究膨胀土的序幕。到20世纪60年代,我国已经着手制定膨胀土地区建筑技术规范[2]。

在膨胀土地区进行工程建设,首要任务必须正确区分膨胀土与非膨胀土,准确划分膨胀土的类别与等级,然后再确定建筑物设计原则及制订相应的工程措施。无论对土的胀缩性估计过高还是过低对工程均不利。然而,影响膨胀土性状的因素复杂,影响膨胀土的胀缩等级因素众多,这就需要综合考虑才能正确反映问题的本质。到目前为止,国内外形成膨胀土的分类方法很多,所选择的标准和指标也不相同,不同的研究人员提出了不同的标准,但其共同特点都是选用多个指标进行分类和分级,因而在工程实践中操作较困难,分类或分级结果受不确定因素影响较大。如:自由膨胀率、最大胀缩性指标法与胀缩总率分类法、规范法、多元线性函数判别法[3～5]等。傅鹤林[6]、易顺民[7]等运用BP网络对膨胀土判别与分类进行研究,取得了一定成果,但BP网络存在收敛速度慢、内部结构黑箱化、结果不便于应用等缺点。吕海波等[8～9]尝试利用SOM神经网络实现模糊综合评判和BP网络分类功能,利用其比模糊综合评判更具学习功能、比BP网络具有更透明的网络

结构的特点,对膨胀土进行分类,为解决这一问题提供了一个较好的工具。

膨胀土的微观结构是指在一定地质条件和环境下,粒团和土粒的排列方式、微裂隙大小、数量、空间分布、形状、接触与连接方式及充填情况以等所表现的特征。膨胀土的力学性质实质受控于土的内部结构,土体力学性质所显示出的不规则性、不确定性和模糊性是其结构复杂性的具体反映[10～11]。用抑制其胀缩性,采取改良膨胀土的工程性质是岩土工程中常用的方法,但对于其掺合以及机理量的确定,过去因为技术的限制,多采用力学和化学的方法做过较多的研究,而对于改性机理以及膨胀土掺加改性材料前后的微观结构的变化一直不是十分清楚。基于颗粒排列型式的研究,贾东亮等[12]定性分析了击实膨胀土在不同含水量下的结构形式,发现邯郸击实膨胀土的微结构在含水量较低时,表现为集粒结构;施斌[13]等提出了“颗粒分布分维”的概念,其可在整体上定量确定土粒的平面分布状况,反映土颗粒的密实程度。在含水量较高时,趋于紊流结构。定向性增强,他同时利用Matlab 数字图形处理工具,以分形几何理论为基础,结合像素的概念,采用小波包对扫描电镜获得的图像进行噪声消除通过编程进行运算,以定量化方式研究击实土样的颗粒排列型式,并分析了含水量对颗粒分布分维的影响。发现含水量较低时,颗粒集团化低,分维值较大;含水量较高时,颗粒集团化高,分维值较小。张小平[14]等利用ASAP-2010M表面吸附仪对膨胀土及其石灰改良土的膨胀性和微孔结构进行研究,他的研究结果表明:掺加石灰后膨胀土胀缩性减小的机理是由于比表面积

减小,粘粒微孔孔径的增大,亲水性下降,粘粒的活动性及粘粒间连接力增大所致。孔径的增大一方面为膨胀土的胀缩预留了空间,另一方面使土的比表面积减小,使得土体的胀缩性下降。杨洋[15]等研究分析了广西膨胀土的孔隙分布的分维。分析表明认为,膨胀土全孔隙分布应包括微孔隙(蒙脱石类矿物颗粒晶层之间的孔隙)、小孔隙(聚集体内的粒间孔隙)和大孔隙(聚集体间的孔隙,还应包括与聚集体量级相当的颗粒之间的孔隙和颗粒与聚集体之间的孔隙)的整个分布。导致工程问题的发生主要原因是由于水分子进入或离开蒙脱石类矿物晶层之间,在水势梯度作用下,造成膨胀土土体的显著膨胀或收缩,所以微孔隙的分布非常值得研究和重视。

原状膨胀土具有三个基本工程性质:裂隙性、胀缩性和超固结性。已有的膨胀土本构模型主要是用于描述重塑膨胀土在干湿循环过程中的反复胀缩特性[16～17],是建立在时间软化或应变软化基础上的。如果用时间软化代替真实的孔隙水入渗而引起的有效应力降低,只能算是一种经验的办法;假定屈服面随应变增大而缩小的应变软化模型也只是一种凑合的办法,既缺乏理论上的严密性,也没有深究真实的变形机理。再者,天然硬粘土的不均一性早已为大量的试验和观测所证实,因此,继续把膨胀土当作均一介质是不合适的。同时由于制样困难和人试验条件所限,对于原状膨胀土变形强度特性的三轴试验资料积累的比较少,因而在已有的本构模型中原状膨胀土的变形特性并未得到较好反映。卢再华等[18～19]对南阳原状膨胀土进行了三轴剪切试验,考虑不同吸力下的不同因素。试验结果表明在剪切过程中原状膨